Устройство для измерения давления

АНИЕ ИЭОБРЕТЕ юл. У 25 тяной инст Н.А,Хлест гральные- М.: Энерго льство СССР17/10, 1971. ИЗМЕРЕНИЯ ДАВиповышения вУстужит для ия давл кважина ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(57);Изобретение слния точности измереннефтяных и газовых с в 80 а, 1 322 4 С 01 К 17/10 С 01 1. 9/О ройство содержит тензопреобразователь 8 в виде мостовой цепи,дифференциальный буферный усилитель 11, интегратор 12, компаратор 13, ключи 16 и 17, задатчик 20 калиброванных временных интервалов и измеритель 21 временных интервалов. Введение резисторов 1-7, источника 9 постоянного напряжения, двух четырехвходовых коммутаторов 10, конденсаторов 14 и 15, ключей 18, 19 позволяет компенсировать температурную нестабильность тензопреобразователя 8. При этом температурный дрейф операционных ус лителей не влияет на функцию преобразования. Погрешность устройства не превышает 0,0017/град. 2 ил.13221Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения давления внефтяных и газовых скважинах в условиях повьппенных и быстроменяющихсятемператур,Цель изобретения - повьппение точности измерения за счет компенсациитемпературной нестабильности тензопреобразователя. 10На фиг, 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг. 2 -временные диаграммы интегратора икомпаратора.Устройство для измерения давления 15состоит из многополюсной измерительной цепи (НИЦ), содержащей резисторы 1-7, тензопреобразователь 8 в видемостовой цепи, источник 9 постоянного напряжения, и аналого-цифрового 20преобразователя (АЦП), содержащегодва четырехвходовых коммутатора 10,дифференциальный буферный усилитель 11,интегратор 12, компаратор 13, дваконденсатора 14 и 15, ключи 16-19,задатчик 20 калиброванных временныхинтервалов и измеритель 21 временных интервалов. Входные шины четырехвходовых коммутаторов 10 подсоединеныпопарно к соответствующим точкам МИЦ, 30а выходные - к зажимам буферного усилителя 11. К выходу последнего под-,ключены последовательно первый и инверсньп входы интегратора 12 и компаратор 13, Одни из зажимов конденсаторов 14 и 15 через ключи 16 и 17соединены с вторым входом интегратора 12, а через ключи 18 и 19 - с выходом компаратора 13 и задатчиком 20,который в свою очередь соединен с щуправляющими входами всех ключей 1619 и коммутатера 10, а также с измерителем 21,Устройство работает следующим образом, 415Работой АЦП управляет задатчик 20.В первый момент времени 1:, (фиг.2)он выдает сигнал на замыкание ключей 16 и 18, и на вход при помощивходного коммутатора 10 коммутируется напряжение Б Ъ, Это напряжение,сЬусиленное в К раз, с выхода буферного усилителя 11 прикладывается к инверсному входу интегратора 12. Напряжение на конденсаторе 14 увеличивается до тех пор, пока его величинане будет равна входной, Величина этого напряжения равна(1) 58 2где Б, - напряжение выхода многополюсной измерительной цепимежду выводом резисторов 3и 4 и выводом резисторов би 5;К - коэффициент усилений буферного усилителя;РБ,м - напряжение смещения операционных усилителей.В момент временизадатчик 20производит переключение входного напряжения при помощи коммутатора 10и замыкает ключи 17 и 19, при этомключи 16 и 18 размыкаются.Напряжение 0,1 "запоминается" наконденсаторе 15. Величина его равна(2)где Б - напряжение выхода многос 3полюсной измерительной цепи между выводом резисторов 2 и 3 и выводом резисторов 7 и 6,Такт коррекции заканчивается в момент времениКлюч 19 получает команду на размыкание, а на вхоц АЦП коммутируетсянапряжение Пс измерительной диагонали тензопреобразователяНапряжение П,усиленное в К рази поданное на вход интегратора 12,начинает заряжать емкость интеграто-.ра,Напряжение на выходе интегратора изменяется по закону4П = - (КП -П )й+ - (АИКЦ +П И,1 ( 1Сы Нс - св ем, з (3)где КС - постоянная интегратора.В момент времени е 4 задатчик 20подает сигнал на переключение коммутатора. На вход АЦП поступает напряжение 0 . При этом по второму входуинтегратора подключается конденсатор14 при помощи ключа 16. Ключ 17 вэтот момент размыкается.Полярность напряжения на выходебуферного усилителя 11 такова, чтонапряжение на выходе интегратора 12начинает убывать по. закону1 1Б =(К 0 +0 )йЕ-1 ( КП +ц ксВо с" Р.С, а Ъс+ ф 40 см) С 1"(4)где П - напряжение на последовательеоно соединенных резисторах2,3 и 4.Когда напряжение на выходе интегратора 12 уменьшится до нуля ( ),компаратор 13 выдает сигнал на эадатчик 20 который воспринимает его как3 13221 окончание преобразования. Время (в-) фиксируется в измерителе 21. Если известен интервал времени Т,= =св-с , то из равенств (3) и (4)(5) 5Если временные интервалы формируются от одного внутреннего генератора опорной частоты, то выражение (5) можно записать 10Н = - х.= --в х Пс(6)Пво Паьгде К- код измеряемого давления;М - емкость счетчика в задат"чике временных интервалов. 15Как видно из выражения (6), АЦП выполняет функциональную операцию над входными аналоговыми величинами, которые могут изменяться от температуры и автоматически производить 20 поправку результата измерения. При этом напряжение смещения операционных усилителей не входит в формулу преобразования.Рассмотрим более подробно меха ниэм компенсации дополнительной температурной погрешности (датчиков) тензопреобраэователей. Для этого рас, смотриммногополюсную измерительную цепь. 30Выходное напряжение Б ы тензопреобразователя, построенного на основе полного тензомоста, зависит от давления Р, питающего тока 1 температурыи описывается выражениемПв, =К ( 1+х, вс)Р 1+К 1+1 х,ьс, (7) где К - коэффициент пропорциональности между питающим током,давлением Р и выходным сигналом Б , или чувствительностьК - коэффициент пропорциональности между током 1 и выходным напряжением Б , при давлении Р=О (он определяет 45величину напряжения смещениянуля);х - температурный коэффициентизменения напряжения смещения нуля; 50х - температурный коэффициентчувствительности;- приращение температуры отноминальной (6=С-С).При этом входное сопротивление К55 тензомоста зависит от температурыК в=к вх(1+х, М), (8) где К- входное сопротивление тензомоста;(К +К+К)х, .Выбирая К =К =-= -----(14)4 х вхвыражение (13) записываютЦЬ =1 (К а+К +К ) х ь е(15)Аналогично находитсяЕпП = --- Ь +К )-(К +К )с К +Кб б +вхЕ-- -" - х е(К +К ),К К вбвх ЕххВыбрав величины (К +К )= -5 6 хх в(1 б) 584х - температурный коэффициентсопротивления тензомоста.Все эти коэффициенты однозначно определяют свойства тензопреобразователя и приводятся в паспортных данных.При включении источника питания по первой ветви многополюсной измерительной цепи протекает токЕп1 = ---Ю (9)Квх+КГгде Е - ЭДС источника постоянногопнапряжения;КЕ=К+К++К +Кб - сумма сопротивлений резисторов 1 - 4, а по второй ветвиЮЕ(10)к +к +кпричем сумма сопротивлений резисторов 5 - 7 К ,К , К выбирается равной К+Ке для того, чтобы при номинальной температуре токи в ветвях были равные.Напряжение на зажимах многополюсной измерительной цепи описывается выражением(1+х х )оьК,+квКв+Ке(1+х,ье) 3и за малостью величины К х,6 Се Ив,П. )Е (К+К +К+)(19)ео (Кек +КЗ)Величина сопротивления резистора 1К определяется по номинальному токучерез тенэопреобразователь, Сопротивление выбирается таким, чтобы ток 1,не превышал номинального значения,определяемого техническими условиямиэксплуатации тензопреобразователя,Подставим найденные значения напряжений Пьык Пс,1 о О "ео в Функцию преобразования (6)И --- МРК(20)к К +К +К озВеличина кода не зависит от температуры,Устройство позволяет компенсировать все виды температурных погрешностей тензопреобразователей, Крометого, температурный дрейф операционных усилителей, входящих в устройство, также не влияет на функцию преобразования. Это позволяет создать уст-.ройство для измерения давления в условиях быстроменяющихся температур(например, в нефтянных скважинах)с цифровым выходом, у которого дополнительная температурная погрешность не превышает 00017/град.30Формула из обретения Устройство для измерения давления, содержащее тензопреобразователь первый ключ, последовательно соединенные дифференциальный буферный усилитель, интегратор, компаратор и задатчик калиброванных интервалов времени, второй ключ, вход которого соединен с выходом компаратора, второй вход 40 которого соединен с общей шиной, измеритель временных интервалов, при этом управляющие входы первого и второго ключей соединены соответственно с первым и вторым выходами задатчика 45 калиброванных интервалов временио т л и ч. а ю щ е е с я тем, что,с целью повышения точности измеренияза счет компенсации температурнойнестабильности тензопреобразователя,в него введены первый и второй четырехвходовые коммутаторы, третий ичетвертый ключи, первый и второй конденсаторы, первый, второй, третий,четверТый, пятый, шестой, седьмойрезисторы, источник постоянного напряжения, при этом первый, второй,третий и четверый резисторы соединены последовательно с тензопреобразователем и образуют первую ветвьмногополюсной измерительной цепи,пятый шестой и седьмой резисторы соединены последовательно и образуютвторую ветвь многополюсной измерительной цепи, первая и вторая ветвьподсоединены к истоЧнику постоянногонапряжения, выход первого коммутатора соединен с инвертирующим, а второго - с неинвертирующим входами дифференциального буферного усилителя,входы первого и второго коммутаторовпопарно подсоединены к измерительной диагонали тензопреобразователя,к общим выводам третьего и четвер- .того, пятого и шестого резисторов, кобщим выводам второго и третьего,шестого и седьмого резисторов, к общим выводам первого и второго, четвертого и пятого резисторов, первыевыводы обоих конденсаторов черезтретий и четвертый ключи соединеныс вторым входом интегратора, а черезпервый и второй ключи с выходом компаратора, вторые выводы конденсаторов соединены с общей шиной, управляющие входы третьего и четвертогоключей и коммутаторов соединены стретьим, четвертым и пятым выходами задатчика временных интерваловсоответственно.1322158 Фиа 2 Составитель В.Семенчукактор И,Николайчук Техред А.Кравчук Корректор И.МУск Заказ 2857/39В оектная, 4 роизводственно-полиграфическое предприятие, г.ухг ул.П Тирах НИИПИ Государств по делам изобр 113035, Москва, Ж30 Подписинного комитета СССРтений и открытий35, Раушская наб д.